DE4101094C1

DE4101094C1 - Superconducting micro-undulator for particle accelerator synchrotron source - has superconductor which produces strong magnetic field along track and allows intensity and wavelength of radiation to be varied by conrolling current

Info

Publication number: DE4101094C1
Application number: DE19914101094
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. 7500 Karlsruhe De Moser; Berthold Dr. 7521 Dettenheim De Krevet; Hubert 7505 Ettlingen De Holzapfel
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2011-01-17

Abstract

An undulating slot (11) of predetermined small width and depth (20) and also of predetermined small length (15) of the frequency of the undulating lines is respectively worked, on two sides (9, 10) of a carrying unit (8) standing parallel to each other at a specified distance, by means of a micro-manufacturing process. Both slot courses (11) lie opposite each other congruently and a desired track (14) of a ring accelerator (1) with a straight part (14) passes between the two at the same distance to the two sides (9, 10). A superconducting material with a high current carrying ability is introduced in order to produce a strong locally alternating magnetic field (18) along the desired track part (14), with a magnetic field component vertical to this desired track part (14), by means of the electric current. The current through the two undulating line shaped conductor arrangements (11) is specifiable, in order to adjust the intensity and the wavelength of a synchroton radiation (17) produced by the traverse of the particle stream. The undulating lines, the conductor arrangements in their projections cyclically cut the desired track part (14) lying between the sides (9, 10). ADVANTAGE - Produces synchroton radiation of highly adjustable intensity and brilliance, small wavelength (in hard X-ray radiation range) and adjustable wavelength. Simple mechanical and geometric structure with redn. in necessary conductor system.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikroundulator wie er in Teilchenbeschleunigeranlagen meist in Ringbeschleunigern eingebaut ist.The invention relates to a micro roundulator as used in particle accelerator systems mostly installed in ring accelerators is.

Derartige Undulatoren werden zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung vorgegebener Eigenschaft wie Intensität, Wellenlänge, Strahldivergenz und Strahlkohärenz verwendet. Diese Eigenschaften fordern ein Magnetfeld geeigneter Stärke im Teilchenstrahlbereich bzw. um die Teilchensollbahn herum und ein örtliches Alternieren desselben innerhalb einer Periodenlänge und entlang vorgegebener vieler Periodenlängen im Undulatorbereich. Nach Wahl des apparativen Aufbaus der Einrichtung zur Magnetfelderzeugung kann die Undulatorgeometrie im Teilchenbahnbereich festgelegt werden.Such undulators are used to generate synchrotron radiation given property such as intensity, wavelength, Beam divergence and beam coherence are used. These properties require a magnetic field of suitable strength in the particle beam range or around the particle track and a local alternation of the same within a period length and along a predetermined number of period lengths in the undulator area. After choosing the equipment of the facility for The undulator geometry in the particle trajectory can generate magnetic fields be determined.

Bekannt sind vier Bauprinzipien für Mikroundulatoren. So wird in dem Konferenzbericht von Tor Meinander: "Short-period undulators - design and performance", SPIE, Vol. 582 Int. Conf. on Insertion Devices for Synchrotron Sources (1985), p. 193 bis 200, über eine Hybridanordnung in einem Undulator mit kleiner Magnetfeldperiode berichtet. Der prinzipielle Aufbau der magnetfelderzeugenden Einrichtung besteht aus abwechselnd aneinandergereihten Stahlpolen und Permanentmagneten.There are four known construction principles for microrounders. So will in Tor Meinander's conference report: "Short-period undulators - design and performance ", SPIE, Vol. 582 Int. Conf. on Insertion Devices for Synchrotron Sources (1985), p. 193 to 200, via a hybrid arrangement in an undulator with small Magnetic field period reported. The basic structure of the magnetic field generating The facility consists of alternating strings Steel poles and permanent magnets.

Diese Bauart ermöglicht keine Periodenlänge im µm-Bereich. Somit kann keine harte Röntgenstrahlung erzeugt werden. Es sei denn, die Ringenergie wäre sehr groß.This design does not allow a period length in the µm range. Consequently hard X-rays cannot be generated. It is because the ring energy would be very large.

Eine weitere Bauart zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes besteht darin, daß Nuten in einen Permanentmagneten eingefräst sind. G. Ramian et al beschreibt das in Nucl. Instr. and Meth. in Physics Research A 250 (1986) unter dem Titel "Micro-Undulators FELS" auf den Seiten 125 bis 133. Another design for generating the necessary magnetic field is that grooves are milled into a permanent magnet are. G. Ramian et al describes this in Nucl. Instr. and meth. in Physics Research A 250 (1986) under the title "Micro-Undulators FELS "on pages 125 to 133.

Auch hier können nur Periodenlängen im mm-Bereich erreicht werden, womit bei gängigen Ringenergien keine Röntgenstrahlung zu erzeugen ist.Here too, only period lengths in the mm range can be achieved with which there is no X-ray radiation with common ring energies is to be generated.

R. Tatchyn et al haben eine Magnetfelderzeugungsanordnung in einem Mikroundulator, bei dem dem Feld eines Permanentmagneten ein äußeres Magnetfeld überlagert wird. Beschrieben ist das in J. Phys. D.: Appl. Phys. 20 (1987) auf den Seiten 394 bis 397 unter dem Titel "Modelling and characterisation of a micropole undulator with a 725 µm period".R. Tatchyn et al have a magnetic field generation arrangement in a micro roundulator in which the field of a permanent magnet an external magnetic field is superimposed. This is described in J. Phys. D .: Appl. Phys. 20 (1987) on pages 394 to 397 under the title "Modeling and characterization of a micropole undulator with a 725 µm period ".

Die erzielten Magnetfelder im Driftstreckenbereich des Mikroundulators sind recht gering. Dies schlägt sich in reduzierten Brillanzwerten nieder.The magnetic fields achieved in the drift area of the micro-multiplier are quite small. This translates into reduced Brilliance values.

Ben-Zvi et al berichtet unter dem Titel "The performance of a superconducting micro-undulator protype" in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1297 (1990), Seiten 301 bis 305 einen Mikroundulator mit einer Undulatorperiode von 9 mm und einer Spaltweite von 4 bis 5 mm. Der mit einer Jochwicklung aus dem supraleitenden Niob-Titan versehene Undulator kann auf der Strahlachse ein magnetisches Feld von über 0.5 Tesla erreichen. Erste Untersuchungen an einem kurzen Prototypen zeigen die Realisierbarkeit eines so kontruierten Undulators. Die Erzeugung von Synchrotronstrahlung im harten Röntgenbereich ist mit einer solchen Anordnung aufgrund der Baugeometrie, insbesondere der Undulatorperiodeisität und des Magnetfeldes nicht möglich.Ben-Zvi et al reports under the title "The performance of a superconducting micro-undulator protype "in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 1297 (1990), pages 301 up to 305 a micro roundulator with an undulator period of 9 mm and a gap width of 4 to 5 mm. The one with a yoke winding made of the superconducting niobium titanium undulator a magnetic field of more than 0.5 Reach Tesla. First investigations on a short prototype show the feasibility of an undulator constructed in this way. The generation of synchrotron radiation in the hard X-ray range is with such an arrangement due to the building geometry, especially the undulator periodicity and the magnetic field not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchrotronstrahlung hoher einstellbarer Intensität und Brillanz, kleiner Wellenlänge (im harten Röntgenstrahlbereich) und einstellbarer Wellenlänge zu erzeugen. The invention has for its object a synchrotron radiation high adjustable intensity and brilliance, smaller Wavelength (in the hard X-ray range) and adjustable Generate wavelength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Mikroundulator mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung gemäß dem kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a microroundulator with a magnetic field generating device according to the characterizing Features of claim 1 solved.

Die weiteren Unteransprüche weisen Merkmale auf, nach denen die Magnetfelderzeugungseinrichtung vorteilhaft ausgestaltet werden kann.The further subclaims have features according to which the magnetic field generating device is advantageously configured can be.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung einen einfachen mechanischen und geometrischen Aufbau hat und insbesondere unter Einsatz der Mikrofertigung und durch die Verwendung von supraleitenden Leitermaterial eine Minimierung der Leiteranordnung gegeben ist, aber auch genügend starke Magnetfelder im Gebiet der Driftstrecke erzeugt werden können. Die Durchstimmbarkeit des Spektrums der Synchrotronstrahlung und die Intensitätssteuerung sowie die Höhe der Brillanz über Änderung der Magnetfeldstärke und durch verschiedene Längen der Periodizität sind zusätzliche Vorteile.The advantage of the invention is that the magnetic field generating device a simple mechanical and geometric Has structure and especially using microfabrication and through the use of superconducting conductor material there is a minimization of the conductor arrangement, however also sufficiently strong magnetic fields in the area of the drift section can be generated. The tunability of the spectrum of the Synchrotron radiation and the intensity control as well as the Amount of brilliance by changing the magnetic field strength and by different lengths of periodicity are additional advantages.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:The invention is explained on the basis of the figures. Show it:

Fig. 1: Schema eines Beschleunigerringes. Fig. 1: Scheme of an accelerator ring.

Fig. 2: Trägereinrichtung mit schlangenförmigen Nuten. Fig. 2: carrier device with serpentine grooves.

Fig. 3a: rechteckförmige Leiterbahnanordnung in der Draufsicht mit gleicher Länge der Periodizität. Fig. 3a: rectangular conductor track arrangement in plan view with the same length of the periodicity.

Fig. 3b: zick-zack-förmige Leiterbahnanordnung in der Draufsicht. FIG. 3b: a zigzag-shaped conductor track arrangement in plan view.

Fig. 3c: rechteckförmige Leiterbahnanordnung in der Draufsicht mit zwei verschiedenen Längen in der Periodizität. FIG. 3c rectangular conductor path arrangement in plan view with two different lengths in the periodicity.

Fig. 3d: fächerförmige Leiterbahnanordnung in der Draufsicht mit radialen Leiterbahnabschnitten. Fig. 3d: fan-shaped conductor track arrangement in plan view with radial conductor track sections.

Fig. 4: Grundlegende Dimensionen des Spalts an einem Undulator. Fig. 4: Basic dimensions of the gap on an undulator.

Fig. 5: Magnetfeldverlauf in Spalt. Fig. 5: Magnetic field course in the gap.

Fig. 6: Einordnung der verschiedenen Strahlquellen an Beschleunigerringen. Fig. 6: Classification of the different beam sources on accelerator rings.

Fig. 1 zeigt das Schema eines Beschleunigerringes 1 mit 3 × 6 Ablenkmagneten 2, den Magneten 3 für die Teilchenstrahloptik. Die sechs dispersionsfreien Driftstrecken 4 bieten den Platz für fünf Einsetzquellen und die Hochfrequenz- und Injektionselemente. Beispielsweise ist ein Undulator 7 in der Zeichenebene oben angedeutet. Fig. 1 shows the diagram of an accelerator ring 1 with 3 × 6 deflection magnets 2 , the magnet 3 for the particle beam optics. The six dispersion-free drift sections 4 offer space for five sources of use and the high-frequency and injection elements. For example, an undulator 7 is indicated in the drawing plane above.

In Fig. 2 ist der für die Erfindung wesentliche Teil schematisch dargestellt. Es ist dies der Teil der Trägereinrichtung 8 des Mikroundulators der die beiden zueinander parallelen Seiten 9, 10 bildet, auf denen jeweils die schlangenlinienförmige Nut 11 eingearbeitet ist. Die Driftstrecke 4 bzw. der Teilchenstrahl 4 geht mitten durch den von den Seiten 9, 10 bewandeten Spalt der Breite g. Die Sollbahn 14 der Teilstrecke bzw. das gerade Teilstück, das durch den Spalt 13 des Mikroundulators 7 geht befindet sich im gleichen Abstand zu den Seiten 9, 10 und zwar derart zunächst, daß die Schlangenlinien der jeweiligen mit ihren parallelen Seiten in der Projektion die Sollbahn 14 senkrecht schneidet, dabei ist die Anzahl an Periodenlängen 15 aus teilchenstrahloptischen Gründen ganzzahlig sein. In Fig. 2 ist jeweils ein Nutzverlauf dargestellt, der eine konstante Länge der Schlangenlinienperiode hat. Beide Nuten 11 sind gleichartig und liegen einander parallel bzw. deckungsgleich gegenüber. In Fig. 2 the part essential to the invention is shown schematically. This is the part of the carrier device 8 of the micro-generator that forms the two mutually parallel sides 9, 10 , on each of which the serpentine groove 11 is machined. The drift path 4 or the particle beam 4 passes through the middle of the gap g of the sides 9, 10 . The desired path 14 of the section or the straight section that goes through the gap 13 of the micro-multiplier 7 is at the same distance from the sides 9, 10 and in such a way that the serpentine lines of the respective with their parallel sides in the projection the desired path 14 intersects vertically, the number of period lengths 15 being integer for particle beam optics reasons. In Fig. 2 a useful course is shown, which has a constant length of the serpentine period. Both grooves 11 are of the same type and lie opposite one another in parallel or congruently.

Für das Ausheben des Nutzverlaufs in den Seiten 9, 10 kommen verschiedene Verfahren der Mikrofertigung infrage. Das richtet sich jeweils nach dem Trägermaterial und den Nutdimensionen. Im unteren µm-Bereich bietet sich das LIGA-Verfahren (siehe KfK-Bericht 3995, Nov. 1985), Ätzverfahren, Funkenerrosion und dergleichen an. Als Trägermaterial kommen Materialien infrage, die mit den Verfahren der Mikrofertigung vorteilhaft bearbeitbar sind.Various methods of microfabrication can be used to dig out the useful history on pages 9 , 10 . This depends on the base material and the groove dimensions. The LIGA process (see KfK Report 3995, Nov. 1985), etching processes, spark erosion and the like are available in the lower µm range. Materials that can advantageously be processed using the methods of microfabrication come into consideration as carrier material.

Für kleine Nutdimensionen kommt das Ausfüllen der Nut 11 mit supraleitendem Pulver oder das Aufsputtern von supraleitendem Material in die Nut infrage. Zum Ausfüllen der Nuten 11 mit supraleitendem Material und damit dem Herstellen der eigentlichen Leiteranordnung wird bei größeren Nutdimensionen ein supraleitender Draht eingelegt und mechanisch entsprechend verankert.For small groove dimensions, filling the groove 11 with superconducting powder or sputtering superconducting material into the groove are possible. In order to fill the grooves 11 with superconducting material and thus to produce the actual conductor arrangement, a superconducting wire is inserted with larger groove dimensions and mechanically anchored accordingly.

Bekannte Leitermaterialien sind z. B. NbTi und Nb₃Sn bei Kühlung der Anordnung 8 durch flüssiges Helium. Hochtemperatursupraleiter bei geeigneter Kühlung wie flüssigem Stickstoff z. B. sind denkbar, falls eine ausreichende Stromtragfähigkeit in den geforderten Leiterquerschnitten besteht.Known conductor materials are e.g. B. NbTi and Nb₃Sn when cooling the arrangement 8 by liquid helium. High temperature superconductor with suitable cooling such as liquid nitrogen z. B. are conceivable if there is sufficient current carrying capacity in the required conductor cross-sections.

Ein Undulatoreinsatz in einer Synchronstrahlungsquelle erfordert zunächst eine Betrachtung der Teilchenstrahloptik und -dynamik, um die grundsätzliche Baugröße des Undulators 7 wie Spaltweit g, Länge L bzw. Länge der Driftstrecke 4 im Undulator 7 festzulegen. Üblicherweise ist der Undulator 7 so entlang der Driftstrecke 4 aufgebaut, daß ein gerades Sollbahnteilstück 14 durch ihn führt und die Taille des Teilchenstrahls 4 in der Mitte des Spaltes 13 des Sollbahnteilstückes 14 liegt.The use of an undulator in a synchronous radiation source first requires consideration of the particle beam optics and dynamics in order to determine the basic size of the undulator 7, such as gap width g, length L and length of the drift path 4 in the undulator 7 . Typically, the undulator 7 is constructed along the drift path 4 that a straight target trajectory portion 14 performs it and the waist of the particle beam 4 at the center of the gap 13 of the desired path part piece 14 is located.

Wird der Mikroundulator 7 um eine Achse 16 durch die Mitte der Seiten 9, 10 und senkrecht dazu sowie durch das Teilstück der Sollbahn 14 in Spalt 13 leicht verdreht, dann wird die wirksame Länge 15 der Schlangenlinienperiodizität über den Tangens des Drehwinkels vergrößert. Das hat wellenlängen- und intensitätsvergrößernden Einfluß auf die im Spalt 13 erzeugte Synchrotronstrahlung.If the micro-roundulator 7 is slightly rotated about an axis 16 through the center of the sides 9, 10 and perpendicular to it and through the section of the desired path 14 in the gap 13 , then the effective length 15 of the serpentine periodicity is increased over the tangent of the angle of rotation. This has a wavelength and intensity-increasing influence on the synchrotron radiation generated in the gap 13 .

Mit dem Aufbau des Mikroundulators 7 im Spaltbereich 13 läßt sich durch Verdrehen der Trägereinrichtung 8 um die Achse 16 ein Durchstimmen der Wellenlänge und der Intensität bzw. Brillanz in bestimmten Grenzen durchführen. Über die Einstellung des Stromes durch die beiden Leiteranordnungen 11 wird hauptsächlich die Intensität bzw. die Brillanz der Synchrotronstrahlung 17 gesteuert. Diese Maßnahmen sind durchführbar, ohne die Spaltgeometrie zu ändern. Die Mikrofertigung der Leiteranordnung 11 sowie die Supraleitfähigkeit desselben läßt eigentlich erst die Erzeugung von Synchrotronstrahlung in harten Röntgenbereichen zu.With the construction of the microundulator 7 in the gap area 13 , the wavelength and the intensity or brilliance can be tuned within certain limits by rotating the carrier device 8 about the axis 16 . The intensity or the brilliance of the synchrotron radiation 17 is mainly controlled via the adjustment of the current through the two conductor arrangements 11 . These measures can be carried out without changing the gap geometry. The microfabrication of the conductor arrangement 11 and the superconductivity of the same actually only allow the generation of synchrotron radiation in hard X-ray regions.

Fig. 3a zeigt nochmals in der Draufsicht die schlangenlinienförmige Leiteranordnung 11 auf einer Seite 9. Die Anzahl der Periodenlängen 15 von hier vier ist willkürlich und dient lediglich der übersichtlichen Darstellung. Sie wird in Wirklichkeit von der geforderten Synchrotronstrahlqualität und der Teilchenstrahlqualität festgelegt, ebenso die Läng der Driftstrecke 4 durch den Mikroundulator 7, da ja bei schmalem Spalt 13 der Teilchenstrahl ungestört durch den Undulator gehen soll. Fig. 3a shows again in top view the serpentine conductor assembly 11 on a page 9. The number of period lengths 15 of four here is arbitrary and is only used for clear presentation. In reality, it is determined by the required synchrotron beam quality and the particle beam quality, as is the length of the drift path 4 through the microroundulator 7 , since the particle beam should pass through the undulator undisturbed when the gap 13 is narrow.

Die zick-zack-förmige Leiteranordnung 11 von Fig. 3b läßt einen durchfliegenden Teilchenstrahl 4 zwar gleiche Periodenlängen 15 sehen jedoch im allgemeinen unterschiedlichen Längen für positive und negative Magnetfeldbereiche. Liegt die Leiteranordnung 11 symmetrisch zur Teilstrecke 14 der Sollbahn, dann sehen dort durchfliegende Teilchen symmetrische Feldverhältnisse. Mit dem allgemeinen Fall wird auf die Breite des Spektrums der Synchrotronstrahlung 17 und auf die Brillanz Einfluß genommen. Die Verdrehung des Mikroundulators 7 gegen die Sollbahn 14 ermöglicht, wie zu Fig. 2 und 3a beschrieben, die Wellenlängendurchstimmung.The zigzag-shaped conductor arrangement 11 from FIG. 3b allows a flying particle beam 4 to see the same period lengths 15 , but generally see different lengths for positive and negative magnetic field regions. If the conductor arrangement 11 is symmetrical to the section 14 of the desired path, then particles flying through see symmetrical field conditions there. In the general case, the width of the spectrum of the synchrotron radiation 17 and the brilliance are influenced. The rotation of the micro-regulator 7 against the nominal path 14 enables the wavelength tuning, as described in relation to FIGS . 2 and 3a.

Fig. 3c zeigt eine schlangenlinienförmige Leiteranordnung 11 in der Draufsicht mit zwei verschiedenen Längen 15 der Serpentinenperiodizität. Damit werden zwei bevorzugte Wellenlängenbereiche der dort bestrahlten Synchrotronstrahlung 17 erzeugt. Die Einflußnahme auf die Brillanz und Durchstimmung erfolgt gemäß dem oben Angeführten. Fig. 3c shows a serpentine conductor assembly 11 in plan view with two different lengths 15 of Serpentinenperiodizität. Two preferred wavelength ranges of the synchrotron radiation 17 irradiated there are thus generated. The influence on the brilliance and tuning takes place according to the above.

Das fächerförmige Anlegen der schlangenlinienförmigen Leiteranordnung nach Fig. 3d bedeutet für jede Hälfte der Teildriftstrecke 4 durch den Mikroundulator 7, daß jede Länge 15 einer Serpentinenperiodizität verschieden ist. Damit bewirkt man hauptsächlich eine Verbreiterung des Spektrums der dort abgestrahlten Synchrotronstrahlung 17.The fan-shaped arrangement of the serpentine-shaped conductor arrangement according to FIG. 3d means for each half of the partial drift distance 4 through the microroundulator 7 that each length 15 of a serpentine periodicity is different. The main effect of this is to broaden the spectrum of the synchrotron radiation 17 emitted there.

Der Einsatz einer der schlangenlinienförmigen Leiteranordnungen wird sich nach der Forderung an die Synchrotronstrahleigenschaften und den zu erreichendem Zweck richten. Der Aufbau des Spalts 13 mit der jeweils gleichen Leiteranordnung 11 auf den begrenzenden Seiten 9, 10 und das Nicht-ändern-müssen der Spaltgeometrie ermöglicht einen problemlosen Austausch von Trägereinrichtungen 8 mit ihren jeweiligen Leiteranordnungen 11. Ein wahlweises Einsetzen ohne großen Zeitaufwand, eine Art Revolverbetrieb, ist möglich.The use of one of the serpentine conductor arrangements will depend on the requirements of the synchrotron beam properties and the purpose to be achieved. The construction of the gap 13 with the same conductor arrangement 11 on the delimiting sides 9, 10 and the fact that the gap geometry does not have to be changed enables a problem-free exchange of carrier devices 8 with their respective conductor arrangements 11 . An optional insertion without a lot of time, a kind of revolver operation, is possible.

In Fig. 4 ist noch einmal die wesentliche Spaltgeometrie hervorgehoben. Diese Geometrie ist nicht maßgeblich. Sie die soll für die Strahlerzeugung grundsätzlich wichtigen geometrischen Größen hervorheben. Der Leiterbahnquerschnitt ist nicht angedeutet. Er ist frei wählbar.The essential gap geometry is emphasized again in FIG. 4. This geometry is not critical. It is intended to emphasize the geometrical parameters that are fundamentally important for beam generation. The cross section of the conductor track is not indicated. It is freely selectable.

Für den Entwurf eines Mikroundulators 7 wurden zunächst Berechnungen durchgeführt mit folgenden Annahmen:For the design of a microundulator 7 , calculations were first carried out with the following assumptions:

- Verhältnis y Gesamtenergie zur Ruheenergie der Elektronen- Ratio y total energy to the rest energy of the electrons

y = 2935 (E = 1.5 GeV)y = 2935 (E = 1.5 GeV)

- Emittanzen ε in x- und y-Richtung:- Emittances ε in x and y direction:

ε_x = 10^-8 mrad
ε_y = 10^-9 mrad.ε _x = 10 ^-8 mrad
ε _y = 10 ^-9 mrad.

Die magnetische Flußdichte auf der Sollbahn 14 im Mikroundulator 7 wurde mit B = 0.3 Tesla angesetzt. Zwei durchgerechnete Beispiele für die Wellenlänge der Synchrotronstrahlung 17 von 1 = 0.29 Angström und 0.03 Angström wurden berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgestellt:The magnetic flux density on the target path 14 in the microroundulator 7 was set at B = 0.3 Tesla. Two calculated examples for the wavelength of the synchrotron radiation 17 of 1 = 0.29 angstroms and 0.03 angstroms were calculated. The results are shown in the following table:

Tabelle table

Des weiteren wurde für den Mikroundulator 7 mit der Spaltweite g = 500 µm eine numerische Berechnung des Magnetfeldes B_y durchgeführt. Als weitere Parameter wurden gewählt:Furthermore, a numerical calculation of the magnetic field B _{y was} carried out for the microroundulator 7 with the gap width g = 500 μm. The following parameters were selected:

- die Nutentiefe t = 100 µm;
die Nutbreite b = 50 µm;
die Stromdichte j = 10^-7 Å/cm² (= 0.100 kA, Leiterstrom).- The groove depth t = 100 µm;
the groove width b = 50 µm;
the current density j = 10 ^-7 Å / cm² (= 0.100 kA, conductor current).

Der örtliche Verlauf des Magnetfeldes entlange der Sollbahnstrecke im Mikroundulator ist für eine Länge der Periode in Fig. 5 dargestellt. Unter dem Magnetfeldverlaufs 18 ist nochmals ein Schnitt von dem Spalt senkrecht durch die Seiten 9, 10 und durch die hier rechteckige Sollbahn 14 dargestellt. Der maximale Wert für das Magnetfeld 18 beträgt B ≈ 1.3 T und ist damit erheblich größer als der den Werten der Tabelle zugrundeliegende Werte von B = 0.3 T. Somit ergeben sich Billanzwerte, die noch um ein bis zwei Größenordnungen über den Ergebnissen der Tabelle liegen.The local course of the magnetic field along the set path in the micro roundulator is shown for a length of the period in FIG. 5. Under the magnetic field course 18 , a section from the gap is shown perpendicularly through the sides 9 , 10 and through the rectangular nominal path 14 here. The maximum value for the magnetic field 18 is B ≈ 1.3 T and is therefore considerably larger than the value of B = 0.3 T on which the values in the table are based. This results in low value values that are still one to two orders of magnitude higher than the results in the table.

Das Schaubild der Fig. 6 zeigt zusammenfassend einen Vergleich der Brillanz aus Mikroundulator (SMU) und Ablenkmagneten 2 und hebt die Überlegenheit der supraleitenden Mikroundulatoren 7 heraus.The diagram in FIG. 6 summarizes a comparison of the brilliance of the micro roundulator (SMU) and the deflection magnet 2 and highlights the superiority of the superconducting micro roundulators 7 .

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

1 Beschleunigerring
2 Ablenkmagnet
3 Magnete
4 Driftstrecke, Teilchenstrahl
5 Hochfrequenzbeschleuniger
6 Injektionselemente
7 Undulator, Mikroundulator
8 Trägereinrichtung, Anordnung
9 Seite
10 Seite
11 Nut, Leiteranordnung, Nutzverlauf
13 Spaltbreite, Breite, Spalt
14 Sollbahn, Sollbahnteilstück
15 Periodenlänge, Länge
16 Achse
17 Synchrotronstrahlung
18 Magnetfeld, Magnetfeldverlauf
19 Breite
20 Tiefe
21 Sollbahnebene
22 normalleitende Undulatoren 1 accelerator ring
2 deflection magnet
3 magnets
4 drift path, particle beam
5 high frequency accelerators
6 injection elements
7 Undulator, micro roundulator
8 carrier device, arrangement
9 page
10 page
11 groove, conductor arrangement, usable path
13 gap width, width, gap
14 target path, target path section
15 period length, length
16 axis
17 synchrotron radiation
18 magnetic field, magnetic field profile
19 width
20 depth
21 target path level
22 normally conductive undulators

Claims

1. micro-generator for generating synchrotron radiation, in which superconducting material is arranged on two sides of a carrier device which are parallel to one another at a predetermined distance, characterized in that

- On two predetermined spacing parallel sides ( 9, 10 ) of a carrier device ( 8 ) each have a serpentine groove ( 11 ) of predetermined small width ( 19 ) and depth ( 20 ) and a predetermined small length ( 15 ) of the periodicity of the serpentine line using microfabrication is incorporated, the two groove courses ( 11 ) are congruent with each other and a target path ( 14 ) of a ring accelerator ( 1 ) with a straight section ( 14 ) passes between the two at the same distance to the two sides ( 9, 10 );
- A superconductor material with a high current-carrying capacity is embedded in both groove profiles ( 11 ) in order to use an electric current to create a strong, locally alternating magnetic field ( 18 ) along the target path section ( 14 ) lying between the two serpentine conductor arrangements ( 11 ) with a target path section ( 14 ) generate vertical magnetic field components;
- The current through the two serpentine conductor arrangements ( 11 ) can be predetermined in order to adjust the intensity and the wavelength of the synchrotron radiation ( 17 ) generated by the flowing particle stream ( 4 );
- The serpentine lines of the conductor arrangements ( 11 ) in their projections periodically cut the desired path section ( 14 ) lying between the sides ( 9, 10 ).

2. Microundulator according to claim 1, characterized in that the respective groove ( 11 ) in the two sides ( 9, 10 ) of the carrier device has dimensions in the lower µm range, so that in a ring accelerator ( 1 ) medium energy radiation in hard X-ray area can be generated.

3. Microundulator according to claim 1 and 2, characterized in that the serpentine conductor arrangements ( 11 ) are rectangular.

4. Microundulator according to claim 3, characterized in that the serpentine conductor arrangements ( 11 ) have multiple and different lengths ( 15 ) of the periodicity.

5. Microundulator according to claim 1 and 2, characterized in that the serpentine conductor arrangement ( 11 ) is zigzag-shaped.

6. Microundulator according to claim 1 to 5, characterized in that the serpentine conductor arrangements ( 11 ) consist of a high-temperature superconductor material.

7. Micro roundulator according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device is displaceable perpendicular to the desired track section ( 14 ) while maintaining the same distance between the sides ( 9, 10 ).

8. Microundulator according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device is pivotable about an axis ( 16 ) perpendicular to the sides ( 9, 10 ), centrally through the conductor arrangements ( 11 ) and perpendicularly through the desired path plane ( 21 ).

9. Micro roundulator according to one of claims 1 and 2, characterized in that the two serpentine conductor arrangement ( 11 ) are each fan-shaped on the sides ( 9, 10 ).